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超级陶粲装置关键技术攻关项目及其加速器初步概念研究进展

Key R&D project of Super Tau Charm Facility and its progress on preliminary conceptual design for accelerators

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【作者】 罗箐; 张艾霖; 周泽然; 彭海平;

【Author】 LUO Qing;ZHANG Ai-lin;Zhou Ze-ran;PENG Hai-ping;School of Nuclear Science and Technology,University of Science and Technology of China;National Synchrotron Radiation Laboratory,University of Science and Technology of China;School of Physical Sciences,University of Science and Technology of China;

【机构】 中国科学技术大学核科学技术学院; 中国科学技术大学国家同步辐射实验室; 中国科学技术大学物理学院;

【摘要】 超级陶粲装置是运行在2~7 GeV能区的超高亮度正负电子对撞机,其峰值亮度达到现有同类装置北京正负电子对撞机BEPCⅡ的100倍,将为我国以陶粲能区高能物理为牵引的基础科学前沿研究及相关高新技术研发提供核心支撑平台与人才培养基地。另外,超级陶粲装置的高亮度需求对国内外现有的加速器和探测器技术带来了重大挑战,应对这些挑战不仅可以满足大装置前沿研究的需要,而且能够推动相关产业升级、带动经济发展。在合肥综合性国家科学中心支持下,中国科学技术大学牵头组建了攻关团队,针对相关的核心技术和关键工艺问题,从原理、技术、仪器设备等方面开展了预先研究,相关的科技部重点研发计划大装置前沿项目和超级陶粲装置关键技术攻关项目先后获得立项。超级陶粲装置加速器的核心任务是实现超高亮度,由于束流的强烈集体效应和沙漏效应等影响,通过采用双环小角度、多束团、提高有效流强的传统方法来提升对撞亮度的方案已无法满足需求;攻关团队完成了初步物理设计,未来的超级陶粲装置对撞机将采用大Piwinski角加Crab Waist方案,压缩对撞点β_y函数,实现设计亮度。物理设计的需要对束流的精确测量与稳定性技术、高品质束流源技术和对撞区超导磁铁技术等都提出了比当前大装置成熟工程技术更严苛的要求,项目组针对这些关键技术展开研究,给出了初步技术思路。

【Abstract】 The Super Tau Charm Facility is a new-generation electron-positron collider facility that has a center-of-mass energy of covering 2 to 7 GeV and a peak luminosity of 100 times as BEPCII at a center-of-mass energy of 4 GeV.The STCF has abundant physics program and great potential for scientific discoveries in high energy physics fields,and will take leading role and is expected to achieve major breakthroughs in Tau-Charm and hadron physics fields in future.The challenge to related accelerator and detector technology will also promote industrial upgrade and boost the economic.Recently,Anhui Province and Hefei City are actively supporting the project for key technology R&D of STCF,giving full support for the implementation and construction of the project.With the support of the Hefei National Comprehensive scientific center and the National Key R&D Program of China,research groups lead by University of Science and Technology of China have carried out the feasibility studies and made great progress and completed the preliminary conceptual design report.Due to strong collective effect and hourglass effect,the traditional head-on collision method does not satisfy the demands of STCF,the new design adopts large Piwinsiki angle and crab waist scheme with very low β function at IP.These accelerator physics methods require many key technologies with much higher standards,such as high resolution beam instruments,high quality beam sources and high quality superconducting magnets.The research group also gave preliminary solutions for these technologies.

【关键词】 对撞机; 亮度; 储存环; 束流; 正电子;
【Key words】 Collider; Luminosity; Storage ring; Beam; Positron;
【基金】 国家重点研发计划课题:储存环物理设计与束流测量及稳定性关键技术研究(2022YFA1602201);安徽省高等学校质量工程项目:依托大科学工程探索加速器领域科教融合(2021jyxm1731);中国科学院国际伙伴计划国际大科学计划培育专项:中国超级陶粲装置预研(211134KYSB20200057)
  • 【会议录名称】 中国核科学技术进展报告(第八卷)中国核学会2023年学术年会论文集 第5册 计算物理 核物理 粒子加速器 聚变与等离子体物理 辐射物理 核测试与分析 核工程力学 高温堆
  • 【会议名称】中国核学会2023年学术年会
  • 【会议时间】2023-10-17
  • 【会议地点】中国陕西西安
  • 【分类号】TL50
  • 【主办单位】中国核学会
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